冗余技术是中型和大型PLC的门槛
作者:剑思庭
今天我们来讨论一下大型PLC和中型PLC的本质区别。很久以来PLC行业对于大型PLC和中型PLC的定义源自于IO点数处理能力:256-2048点之内称之为中型PLC,而2048点以上的PLC则称之为大型PLC,但我认为真正中型PLC和大型PLC的技术门槛在于控制器的冗余技术。
我们来看看曾经那些辉煌的PLC之神,以下仅以三款经典PLC作品为例:AB的PLC5,莫迪康的984,西门子的S5。
1.AB的PLC5系统
2.莫迪康984系统
3.西门子的S5系统
我们可以看到这些曾经封神的大型PLC系统,在当年那点少得可怜的内存和一根筋的CPU处理能力,在IO点数上恐怕都无法和现在的一些中型PLC系统相匹敌,但他们之所以能够成为大型PLC的代表,是因为他们在冗余技术上的处理能力,能够让PLC系统承担不间断的控制任务。
我们再来看看现在流行的大型PLC在冗余技术上的区别。西门子S7-1500分为R/H的区别,冗余切换时间为300ms和100ms,R系统是通过CPU结合Profinet实现CPU冗余,而H系统是通过同步模块+光纤实现CPU冗余,这个才是真正冗余系统。
常年使用PLC的用户非常清楚:多数PLC的主循环的周期默认为150ms,在150ms中需要处理所有的控制逻辑之外,还要同步输入和输出的IO镜像,同时还要响应中断发起的请求,所以如果想要完成PLC的CPU的冗余,理论上冗余切换时间要在100ms。如果是过程控制系统,均是PID、AI/AO和辅助逻辑的情况下,也是可以放开在500ms以内的。
接下来我们再看看国产大型PLC的主要3个品牌,和利时的LK、汇川AM600和蓝普锋RPC3000,在冗余技术上的特点。
1.和利时的LK,在冗余技术上采用同步模块,冗余切换时间为130ms,虽然没有控制在100ms之内但可以满足大多数场景需求。
2.汇川AM600,并不支持冗余技术 ,可能是定位中型PLC,且面对运动控制的场景吧。
3.蓝普锋RPC3000,在冗余技术上采用同步模块,冗余切换时间为100ms,可以满足大型PLC的复杂控制场景。另外,我觉得最惊奇的是此款PLC还能支持一个机架下2块CPU的冗余(听上去像不像西门子400H系统)。此架构是采用背板作为同步总线。
3.1 同机架下CPU冗余架构
3.2 不同机架下CPU冗余架构
既然都讲到这里,那我们再看看,国产蓝普锋大型PLC RPC3000的技术特点:
1.全冗余方案,所谓全冗余就是包括CPU冗余、通讯冗余、电源冗余,为什么没有IO冗余呢?因为只有ESD或者SIS才要求IO冗余。
2.IO模块可带电插拔,对于大型PLC来说是非常重要的控标指标,因为这个指标可以直接隔离低一个档次产品杀入重围。为什么说是控标呢,因为实际操作中很少运维人员,“找死”式在线插拔或者更换IO卡,热插拔端子倒是常见,但IO模块热插拔,您慎重点吧……
3.CPU直接上到600M-1G,可以跟586的PC机“PK”了, I/O容量可扩展 40000个数字量、2500个模拟量,这两个参数虽然没有什么实质意义,但从2500个模拟量可以看到已经比艾默生DCS单块CPU能力都强了。这个明显是要抢DCS的生意。
4.运算速度快,单指令运算周期仅为10ns,这个参数是让我们知道这个系统不仅仅是要抢DCS的生意,还要抢离散自动化的生意呀!
5.通讯能力强,CPU模块自带2路以太网和2路RS485,支持多种通讯协议,包括TCP/IP、Profinet、Profibus-DP、Modbus、自由协议等。
6.支持多种调度方式,包括连续任务和周期任务,周期任务最快可达10ms,同时可以满足过程控制和逻辑控制的需求。
7.扩展模块均为智能化模块,可诊断至通道级。这一点对于大型PLC系统至关重要,如果不能满足这一点,基本上就和DCS系统差一个等级。
8.良好的电磁兼容性,现场到系统、通道间均具有完备的隔离措施。通道隔离是为了让系统更加皮实,别一个路对地或者高电压窜入,就整个卡件废了。
9.实用的SD存储功能,方便数据备份和工程恢复。PLC的数据安全必备条件,同时也是等级保护2.0对于PLC系统的要求。
10.编程软件符合IEC61131-3国际标准,支持LD、IL、FBD、ST、SFC等编程语言。这里要说一下,小型/中型PLC更多是使用梯形图和ST,但在大型PLC系统上就会出现大量混合编程,SFC+FBD的结合大量出现,是不是很像DCS的样子……
对于此大型PLC有哪些IO卡和非冗余CPU以及部分详细参数,可以见下表:
从参数表上来看,此款大型PLC除了在IO通道还缺少Hart或者Io-Link支持,和对外通讯上缺少Ethernet/IP通讯以外,已经算是良心产品了。也希望此款国产的大型PLC能够在传统制造业领域开花结果吧。
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